Синтез и оценка производительности ZnCoS/ZnCdS с двойной кристаллической структурой для многофункционального редокс-фотокатализа в энергетических приложениях

Наша команда изучает гибридные наноструктуры для чистой энергии и окружающей среды, сосредотачиваясь на нанокаталитических механизмах для повышения эффективности, селективности и масштабируемости при превращении солнечной энергии в химические вещества, а также на восстановление окружающей среды с помощью фотокатализа и электрокатализа. Недавние достижения включают двумерные наноматериалы, нанокомпозиты на основе углерода и гетеропереходы на основе метабисульфитов для применения фоторедокс в эволюции водорода, превращении CO2, реформировании пластика и органическом синтезе, что повышает химическую эффективность и устойчивость солнечной энергии. Моя работа была сосредоточена на создании передовых нанокатализаторов для искусственного фотосинтеза и фототермального катализа, что позволило добиться значительных улучшений в производстве водорода и синтетического газа на солнечной энергии, при этом используя фундаментальную химию поверхности и механизмы реакций, обеспечивающие устойчивое преобразование энергии.

Наш протокол использует сульфид меди цинка по сравнению с сульфидом кадмия между быстрыми переходами вурцита и цинкбленды и электронными резервуарами сульфида меди цинка, что обеспечивает лучшее разделение заряда, использование видимого света, а также двухфункциональную эволюцию водорода и производство бензальдегида с существенно повышенной эффективностью. Мои будущие исследования сосредоточены на разработке современных фотокатализаторов и электрокатализаторов для превращения угарного газа, метана, превращения нитратов в аммиак, производства и хранения водорода, преобразования биомассы и переработки пластика с целью достижения масштабируемых, эффективных и устойчивых применений солнечной энергии в химическую энергию с эффективностью более 5%. Для начала поставьте стакан объемом 100 миллилитров на рабочую поверхность и залейте в неё 40 миллилитров раствора этиленгликоля. С помощью лопатки добавьте в раствор цинк-ацетат-дигидрат, тетраграт кобальтового ацетата и тиоацетамида.

Подвергите раствор ультразвуковой обработке в течение 30 минут. Затем перемешивайте его непрерывно в течение четырёх часов при окружающей температуре. Переложите полученную смесь в 100-миллилитровый синтетический автоклав из нержавеющей стали с полимерной облицовкой.

Затем перелейте раствор в разогретую духовку и нагрейте при 180 градусах Цельсия в течение 12 часов. С помощью центрифуги собирайте тёмно-серый осадок. Затем промыйте осад три раза, каждый раз деионизированной водой и этанолом.

Вымытый тёмно-серый образец сушите в духовке на ночь при 60 градусах Цельсия, чтобы получить тёмно-серый порошок сульфида цинка и кобальта. Для синтеза сульфида цинка кадмия налейте 40 миллилитров деионизированной воды в стакан объемом 100 миллилитров. Используя лопатку, добавьте в раствор дигидрат цинк-ацетата, дигидрат кадмия ацетата, сульфид натрия и тиоацетамид.

Подвергайте раствор ультразвуковой обработке в течение 30 минут, затем помешивайте три часа при температуре окружающей среды. Далее капляю 0,2 молярного раствора гидроксида натрия в размешиванный раствор, чтобы снизить pH до 7,0. Переложите скорректированный раствор в 100-миллилитровый синтетический автоклав из нержавеющей стали с полимерной облицовкой.

Затем поставьте раствор в духовку и нагрейте при 180 градусах Цельсия в течение 24 часов. С помощью центрифуги соберите желтоватый осадок, затем промывайте осадок три раза деионизированной водой и этанолом. Переложите промытый желтоватый осад в духовку и высушите его ночью при 60 градусах Цельсия, чтобы получить твёрдый порошок сульфида цинка кадмия.

Для синтеза фотокатализатора растворите 4 миллиграмма сульфида цинка кобальта и 0,196 грамма сульфида цинка кадмия в 40 миллилитрах деионизированной воды. После ультразвуковой обработки соберите желтоватый осадок, затем промыйте образец три раза, каждый раз с помощью деионизированной воды и этанола. Переложите промытый желтоватый осад в духовку и сушите на ночь при 60 градусах Цельсия.

В итоге получается желтоватый порошок сульфида цинка кобальта и сульфида кадмия из твёрдого порошка. Добавьте 20 миллиграммов синтезированного фотокатализатора и 60 миллилитров водного раствора бензил-спирта в стакан объемом 100 миллилитров. Поместите стакан в ультразвуковой очиститель и проведите ультразвуковую обработку в течение 30 минут.

Затем раствор переведите в трёхшейный верхний элемент радиационного реактора и вставьте магнитную мешалку. Поддерживайте раствор в медленном перемешивании на протяжении всего процесса реакции. Далее подключите уловитель влаги к нижней части ячейки реактора.

Затем подключите выход к входной трубе газовой хроматографической системы. Далее подключите выход газовой петли для отбора проб с входом элемента реактора, чтобы создать систему замкнутого газового циркуляция. Запечатайте реактор стеклянным окном.

Затем продуйте азотный газ со скоростью потока 50 миллилитров в минуту через реактор в течение 30 минут, чтобы удалить весь воздух внутри. Теперь включите перистальтический насос и установите расход на 20 миллилитров в минуту, чтобы азот циркулировал внутри системы закрытой циркуляции газа. Включите ксеноновую лампу на 15 вольт и разместите её так, чтобы свет проходил через стеклянное окно и попадал в раствор внутри реактора.

После завершения реакции с помощью нейлонового шприцового фильтра объемом 0,22 микрометра фильтруйте один миллилитр суспензии. Разведите фильтрованную суспензию деионизированной водой в соотношении 1 к 9. Наконец, используйте высокопроизводительную систему жидкостной хроматографии, оснащённую детектором фотодиодной решетки и высокопроизводительной колонкой 100 ангстремов.

Высококачественные изображения трансмиссионных электронных микроскопий подтвердили сосуществование фаз цинк-бленда и вюрцита в сульфиде цинка кадмия, а межфазная граница чётко различала два кристаллических домена. Интерфазная структура гетероперехода сульфида цинка кобальта и сульфида кадмия была чётко замечена, что продемонстрировало успешное включение сульфида цинка кобальта в межфазы цинкбленда и вюрцита сульфида кадмия цинка. Спектры видимого поглощения УФ показали, что сульфид кадмия обладает более высокой абсорбцией в видимой области по сравнению с сульфидом кобальта цинка, а гетероджанкция сульфида цинка кобальта и сульфида кадмия демонстрировали немного повышенную поглощённость по сравнению с сульфидом кадмия только на цинке.

Оптический запрещённый зазор сульфида цинка кадмия был рассчитан примерно в 2,49 электрона на основе анализа графиков разговоров. Изотермы адсорбции/десорбции азота показали, что образцы сульфида кобальта цинка и сульфида кадмия проявили мезопористые характеристики, с резким увеличением адсорбции при относительном давлении около 1,0. Распределение пор сульфида цинка кобальта и сульфида кадмия было сосредоточено преимущественно в диапазоне от 25 до 35 нанометров, что подтверждает мезопористость материала.